Термична обработка на материалите

11.ОСНОВНИ ТЕХНОЛОГИЧНИ ПАРАМЕТРИ И КЛАСИФИКАЦИЯ НА МЕТОДИТЕ НА ТЕРМИЧНАТА ОБРАБОТКА

1.1.Технологични параметри
и
чния проце
с,
а именно: нагряване до определена тем
п
е
рат
ура tто; продължителност на задържане при тази температура то и охлаждане
11.1.Технологични параметри
а
tто; прод
ъл
жителност на задържане при тази темпер
а
т
ура
то и охлаждане с определена скорост Vохл. Тези параметри и етапи са посочени на в
реметемпературната диаграма
на процеса-фиг.1.1.
Фиг.1.1. Циклограма на технологичния процес

и
структурни изменения в материала при нагряване и охл
а
жда
не. От тях зависи степента на прот
ича
не на дифузионните и полиморфните процеси, лежащи в основата на всички фазови превръщания
в

твърдо състояние.По избора и стойността на т
ез
и основни технологични параметри

се
съ
ди
за
съ
ответния метод на термична обработка. Наред с основните съществуват и спомагателни технологични параметри, като: скорост на нагряване, температури и продължителност на степенчато нагряване и на изотермично охлаждане, състав и активност на защитната или активната атмосфера, скорост на различни видове движения и т.н. Част от тези спомагателни параметри за някой методи могат да бъдат основни и определящи за процеса, като например състав и активност на средата при химико-термичната обработка, или стойностите на вакуума и на електрическите параметри на тлеещия разряд при йонно-плазмените методи. 
Фиг.Фиг.1.1. Циклограма на технологичния процес

х

2
2.ПОЛИМОРФИЗЪМ В МЕТАЛИТЕ И СПЛАВИТЕ

н
ят типа на
к
ристалната си решетка се нарича алотро
п
и
я и
ли полиморфизъм.
злика в енергията на електро
нните състояния n,s,np,(n-1)d и (n-2)f, т.е. металите от подгрупа IIA, преходните метали и част от лантанидите и актинидите. Отделните кристални видове
на
даден елемент се наричат кристални модификации и се

бел
ежат с гръцки буквени символи (

 и т.н. Преди всичко полиморфни са тези метали които имат незначителна разлика в енергият
а

на електронните състояния n,s,np,(n-1)d и (n
-2
)f, т.е. металите от подгрупа II
A
,
пре
хо
дни
те
метали и част от лантанидите и актинидите. Отделните кристални видове на даден елемент се наричат кристални модификации и се бележат с гръцки буквени символи ( и т.н.). В табл.2.1. са посочени част от металите и някой неметали, притежаващи свойството полиморфизъм и съответните кристалографски параметри на тяхните модификации.
м
cF45,565,56ОЦКcl2ОЦК
ОЦКcl23,98/6cl23,98/6,523,98/6,52ОЦК--SrIIРЦКcF
ОЦКОЦК--SrII--S-SrSSrIIРЦ
IIРЦКcРЦКРЦКcF46,07cF46,076,07ОЦКcl2
4,84ScIIIХПSScIIIХIIIХПhP24ХПhХПhP24,5
hP24,534,53ОЦКcI2ОЦК
ОЦКcI23,30/5cI23,30/5,233,30/5,23LaIIIОЦКcI23,75/6,04LLaIIIОIIIОЦКcI2
ОЦКОЦКcI23,75/6cI23,75/6,043,75/6,04РЦКcF45,28TlIII
TlIIIХIIIХПhP23ХПhХПhP23,4hP23,45/5,513,45/5,51ОЦКcI23,87CIVТи
3,87CIVТип дCCIVIVТип дТип Тип диамантhP43,56Х(графит)hP42,46/6
hP43,563,56Х(графитХ(гр
Х(графит)hP42,46/6,78SnIVРЦКchP42,46/6,782,46/6,78SnIVРЦКcF86,46TSSnIVРЦIVРЦКc
РЦКРЦКcF86,46cF86,466,46TtI45,
TiIVХПIVХПhPХПhХПhP22,9hP22,95/4,722,95/4,72ОЦКcI23,32ZrIVХ
3,32ZrIVХПhZZrIVХПIVХПhPХПhХПhP23,2
hP23,22/5,123,22/5,12ОЦКcI23,61HfIVХОЦК
ОЦКcI23,61cI23,61HfI3,61HfIVХПhHHfIVХПIVХПhP
ХПhХПhP23,2hP23,20/5,073,20/5,07ОЦКcI2-SeVIХПh
SeVIХПVIХПhPХПhХПhP3-hP3-XП-
-PoPPoVIKVIK-3K-K-3,
-3,353,35PE--PE-
PE--Cr--C-CrCCrVIОЦVIОЦКc
ОЦКОЦКcI2-cI2-PЦК-
cI58-cP20-
cP2ccP20РЦКcF4
cI22,862,86ОЦК-3,ОЦК
ОЦК-3,56-3,563,56ОЦК cI2
ОЦК ОЦК cI2-CoVIIcI2-CoVIII-CoCCoVIII
VIIIPЦКcF43,5PЦКPЦКcF43,54cF43,543,54XП-2,5
3,52XП-2,4XП-XП-2,49/
-2,492,49/4,08UАкти-ниди OPoC4-UUАктиАкти-ниди OPoC4-TtP30-ОOPo
OPoC4-oC4-Tt-
TtPTtP30tP30-ОЦКcI-
NpАкти-ниАкти-ниди OPoP8-TtP4-РЦOPoOPoP8-oP8-Tt-
-РЦКРЦК-3,52Pu
-3,523,52PuАкти-нидиPPuАкти-ниАкти-ниди Сложна mP16-mC34Слож
Сложна mP16-mC34mP16-mC34-
mC3mmC34oF8
4,70/4,49ОЦКcI23,64ОЦК-обемнОЦКОЦКcI23,64
cI23,64ОЦК-3,64ОЦК-обемно цООЦК-обемно центрирана кубична решетка: РЦК-равнинно центрирана кубична решетка: ХП-хексагонална плътноупакована решетка; Т-тетрагонална решетка: ОР-орторомбична решетка; РЕ-ромбоедрична решетка; МК-моноклинна решетка; Х-про
с
та хексаго
на
лна решетка

Фиг.
2
.
1.
Полиморфни превръщаниея на Fe при охлаждане

дификация протича по пътя на
едно колективно прегрупиране на атомите, в резултат на което се сменя типа на кристалната решетка, а в някой случаи и типа на междуатомните връзки. Тов
а
означава, че атомите се преместват на разстояния зна
ч
ите
лно по-малки от междуатомните разс
тоя
ние, запазвайки своите близки съседи. При трансформацията двете модификации са строго крис
т
а
лографско ориентационно зависими, спазвайки
пр
инципа на структурното и размерн
о
с
ъот
ве
тст
вие
. Така например, при превръщането на -Fe (-Fe се спазва ориентационната зависимост (110) (((111)и [111] (([110]а при превръщането -Co (-Co ориентацията (0

ФФиг.2.1. Полиморфни превръщаниея на Fe при охлаждане

о
дът от едн
а
в друга полиморфна модификация протича

п
о п
ътя на едно колективно прегрупиране на атомите, в резултат на което се сменя типа на
кристалната решетка, а в ня
кой случаи и типа на междуатомните връзки. Това означава, че атомите се преместват на разстояния значително по-малки от междуатомните разстояние, запазв
ай
ки своите близки съседи. При трансформацията двете м
о
диф
икации са строго кристалографско о
рие
нтационно зависими, спазвайки принципа на структурното и размерно съответствие. Така напри
м
е
р, при превръщането на -Fe (-Fe се спазва
о
риентационната зависимост (110)

((
(11
1)
и
[1
11] (([110]а при превръщането -Co (-Co ориентацията (001) (((111) и [110] (([110]
Анизотропията на кристалите играе важна роля за формата и едрината на зърната на новата фаза получена при полиморфното превръщане. Частиците на новата фаза са ориентирани строго зависимо в обема на старата фаза и най-често имат пластинчата или иглеста форма. Едрината на кристалите се определя от броя на зародишите в единица обем и скоростта им на нарастване.
Особено влияние на кинетиката на превръщането и на формата на кристалите оказва разликата в специфичните обеми на двете фази. При голяма разлика се наблюдава повишен хистерезис на температурата на превръщането, издребняване на структурата, пластинчат характер на зърната на новата фаза, протичане на уякчаване (фазов наклеп) и рекристализация, а в някой случаи и до разрушаване на цялостта на материала, например при полиморфната трансформация на Sn (калаена
ч

3. ДИФУЗИЯ В МЕТАЛИТЕ И СПЛАВИТЕ – МЕХАНИЗМИ И КИНЕТИЧНИ ОСОБЕНОСТИ

т
е и 

33. ДИФУЗИЯ В МЕТАЛИТЕ И СПЛА
В
И
ТЕ
– МЕХАНИЗМИ И КИНЕТИЧНИ ОСОБЕНОСТИ

основата на което се обясня
ват редица процеси, протичащи в металите и сплавите. В най-общия случай дифузията се изразява с насоченото движение на атоми
о
физическо явление, на основата на което се обясняват

ред
ица процеси, протичащи в металите
и с
плавите. В най-общия случай дифузията се изразява с насоченото движение на атоми на даден
е
л
емент. В резултат на това насочено движение
се
получава масов пренос в обема н
а
м
ате
ри
ала
, к
ойто води до промяна на химическия и фазовия състав и в крайна сметка до значителни изменения в структурата и свойствата на материала.
д

Фиг
ФФиг.3.2. Ваканционен механизъм на дифузия

В
доказател
ст
во на него е ефектът на Киркендал, кой
т
о
се
изразява в предвижване на границата между два метала, когато между тях е осъществен
дифузионен обмен на атоми.
Например, ако плътно се допрат две пластини-едната медна, а другата месингова (30%Zn), и се нагреят, между тях настъпва дифузионна реакция. Едновременно
с
протичането на взаимната дифузия на атомите на Cu и

Zn
се премества и гарницата между пла
сти
ните. Поради това, че Zn дифундира с по-голяма скорост от Cu по посока на медната пластина
,

границата се предвижва към месинговата пласт
ин
а. Едновременно с това се забеля
з
ва
, ч
е
в о
бла
стта на движение на границата се появяват пори. Това е следствие на обмяната на цинкови атоми с ваканции, които се натрупват в областите където се изчерпват цинковите атоми.
Междувъзловият механизъм се наблюдава преди всичко за твърди разтвори на вместване или за дислоцирали атоми (фиг.3.3). При прескачането на атом от равновесно положение в решетката в междувъзлие (дислоциран атом), се образува така наречената двойка на Френкел от ваканция и междувъзлов атом. Дислоцираният атом е възможно да избута съседен на него атом и сам да заеме равновесното му положение. Този междувъзлов механизъм се нарича механизъм на избутване. Когато в дадено плътно упаковано кристалографско направление се разположи излишен атом, се образува цял ред неустойчиви, по-гъсто подредени атоми (краудион), които лесно могат да се движат групово по направлението на сгъстяване по подобие на движение на линейните дислокации, тогава между
в

система и
хо
могенизация.

3.2.1.Стационарен дифузи
о
н
ен
поток
ичество вещество в даден обе
м, се нарича стационарен. Такъв поток може да се получи в тънка пластина (фолио), която има постоянни, но различни по стойност концентрации на дифундира
щи
я елемент на двете си повърхности (фиг.3.4). При тез
и
ус
ловия във всяка точка на пластинка
та
или на дифузионния поток ще бъде изпълнено условието за стационарност, т.е. .
Тогава вто
р
и
ят закон се преобразува в:









(3.4)

или
(3.5)
Ако D не зависи от концентрацията, тогава е постоянна величина за цялата дебелина на пластината и може да се запише, че:
33.2.1.Стационарен дифузионен поток
Тогава вторият закон се преобразува в:


3.2.2. Дифузия в полубезкрайно тяло

нарича пол
уб
езкрайно. Концентрационните условия на

д
ифу
зия в такова тяло на повърхността му и пред фронта на дифузия могат да бъдат постоян
ни или променливи. В първия
случай дифузионната задача е по-проста и най-често се наблюдава в практиката, например при химико-термичната обработка на металите. Дифузията при този с
лу
чай ще доведе до едно непрекъснато нарастване на мас
а
та
на тялото и до изменение на концен
тра
ционния профил (фиг.3.5). Це